中国信通院康陈等：车联网赋能智慧城市新型基础设施融合创新思考
【慧聪通信网】0 引言
当前，全球数字经济快速发展,新一代信息通信技术与各行各业融合渗透。一方面，通过智慧城市建设，运用信息通信技术，有效整合各类城市管理系统，实现城市各系统间信息资源共享和业务协同，推动城市管理和服务智慧化，提升城市运行管理和公共服务水平，实现可持续发展成为城市建设管理者的共识[1]；另一方面，车联网、物联网等新型产业生态不断壮大，有力推动了汽车、交通等传统产业的数字化、网络化、智能化发展，也逐步演进形成智慧出行、交通数字化治理等数字经济发展的新产业集聚[2-4]。车联网作为连接智能网联汽车和智慧城市的新型基础技术系统与产业领域，正不断发展成熟，加速信息技术、汽车工业与城市治理、交通运输服务等多方之间的融合创新，赋能智慧城市新型基础设施建设。
车联网产业经过多年的发展，目前已经形成了“车辆智能化升级”和“车联网新型基础设施建设”两条发展主线。在车辆智能化升级发展路线中，车辆新能源化、智能网联化促进汽车价值链变革，汽车生态建设朝着平面式汇聚型价值架构转化。车企不再作为整个生态的单一核心，而是通过传统制造端和外部服务端生态的合作，共同构建以用户需求为核心的新型生态体系。同时，电子信息、交通服务、信息通信等企业融入汽车产业链，传统汽车产业链开始扩展、整合，产业边界逐渐模糊。在车联网新型基础设施建设发展路线中，我国明确“聪明的车”和“智慧的路”协同发展的技术路线，智能网联汽车产业生态延伸到路侧和云平台新基建产业。各地纷纷建立示范区、先导区，开展车联网新型基础设施建设，进行车路协同应用示范，推动高等级自动驾驶和车载信息娱乐服务等应用成熟，并逐步赋能出行服务和交通管理的智能化升级，进一步扩大车联网产业范围[5]。
在此背景下，车联网成为赋能智慧城市新型基础设施建设的重要一环。一方面，依托车联网，以智能网联汽车为下一代移动终端，可助力智慧城市打通数据壁垒。在智慧交通网中，汽车成为连接人与交通以及其他城市设施的新型智能终端。通过智能汽车广泛收集城市道路、交通、建筑的实时动态信息数据，促使智慧城市数据更丰富、更智慧。同时，车联网牵引部署智能基础设施建设，优先建设公交专用、出租专用、环卫、物流专用等使用频次最高、应用需求最迫切的城市交通重点场景，提高智慧城市基础设施利用率。另一方面，智慧城市也为车联网应用提供智能基础设施和应用场景。车联网需要城市道路提供动静态感知信息，形成准确可靠的超视距感知体系，提升智能网联汽车感知精度，从而实现高等级自动驾驶。通过在城市道路路口和两侧布设毫米波雷达、智能摄像头、激光雷达等智能感知设备，对城市交通的静态和动态信息进行精确探测、感知和采集，细化车端和路端感知能力分工，补足单车智能感知盲点，提高智能网联汽车行驶效率和安全性。同时，智慧城市也为车联网提供了可落地、可试验、可展示的平台，通过在条件相对成熟的区域开展封闭测试、示范应用和商业化运营，逐步探索出车联网规模化落地的路径[6]。
在智慧城市视角下，车联网对多个城市业务类型进行增强，打造融合的新兴业务类型，赋能智慧城市系统，如图1所示。例如，在城市交通信号智能控制系统的基础上，增强了数据开放的管理交互平台与车联网（C-V2X）直连通信，在数字化的交通标志标线、车辆超速预警、典型违法预警系统等基础上增强了多维信息融合与信息实时播发等功能。对于车联网而言，各类业务应用需要智慧城市感知、传输设备与基础数据平台的支撑，需要在感知、传输设备和基础数据平台方面增加额外的实体和功能，包括新增C-V2X路侧通信单元、智能路侧工控机系统、部署车路协同信息的采集与发布功能等，实现车联网对智慧城市的融合赋能。
2.1 网联通信领域进展
车联网将无线通信网络和有线回传网络进行有机结合，完成人、车、路、云之间的多元信息传递，赋能智慧城市中交通系统各要素互联互通。其中，无线通信网络包含了服务于车与车、车与路的车联网直连通信网络（LTE-V2X），以及服务于车与云、人与云，以及部分路与云的5G蜂窝通信网络。车联网无线通信的发展有效助力互联互通，将汽车这一影响城市交通运转效率的要素与智能交通路侧设施互联，提升交通信息发布与协同引导的效率，同时使得将汽车所产生的大量运转数据和传感数据高速传输至城市智慧交通平台成为可能。此外，有线通信网络主要指路侧系统内部以及部分路与云的回传网络，可实现路侧系统与多级平台之间的信息交互，此部分可以有效复用智慧城市中智慧安防等系统部署的回传网络，提升智慧城市基础设施的应用效率。
具体而言，针对直连通信，LTE-V2X已形成较为完善的技术标准体系和产业链，而NR-V2X技术标准有待验证，未分配频谱资源，相关产品尚未成熟。在技术与标准方面，国内LTE-V2X技术主要聚焦于进一步深化和优化LTE-V2X应用，3GPP NR-V2X标准仍在不断演进过程中。国际标准组织3GPP完成了R17版本的 NR-V2X标准，进一步优化功率控制、资源调度等相关技术[7]。产业发展方面，我国LTE-V2X产业蓬勃发展，国际影响力不断加大。国内看，我国已建成基于LTE-V2X技术的完备产业链，芯片、模组、OBU、RSU等都已成熟且经过“三跨”“四跨”“新四跨”以及大规模测试，具备了商用部署的基础条件。国际上，国外传统一级汽车供应商（Tier 1），如大陆、博世、哈曼、德尔福、LG等纷纷加大LTE-V2X车载终端的研发投入，LTE-V2X受重视程度不断加深。在相关地区，路侧基于LTE-V2X技术的直连通信终端成为智慧城市新型基础设施的重要组成部分，有效丰富了路侧智慧交通的服务形态。
针对蜂窝通信，随着5G关键性能指标的显著提升以及覆盖面的不断扩大，5G网络从支持车载AR/VR等多元化信息娱乐服务，逐步向支撑车路协同应用、远程遥控驾驶等方向演进。技术研究方面，国际5G汽车联盟和欧洲5GCroCo项目，均开展了远程遥控驾驶相关应用场景研究，并对通信系统能力提出相应需求；国内IMT-2020（5G）推进组C-V2X工作组探索基于5G网络的车联网应用相关技术架构和性能指标。产业发展方面，手机APP、小程序、智能后视镜等具备5G通信能力的后装设备及应用不断涌现，正积极进行城市和高速公路环境下的车联网服务探索。总的来说，LTE-V2X与5G融合，成为应用车联网提高用户触达率和业务服务范围的新趋势，采用不同通信方式提供不同的应用服务，进一步丰富智慧城市面向交通领域的触达手段[8]。
路侧回传网络从以有线网络为主的承载架构，不断向有线/无线网络并存的回传架构演进。目前，车联网路侧系统具有接入设备种类多、数据异构性强、融合传输量大的回传需求，光纤网络的链路稳定性高、传输速率大、抗干扰能力强，是作为数据回传的关键支撑网络。但高速公路的大型桥隧、高架枢纽等特定场景，铺设光纤网络的施工难度大、部署成本高昂。因此，在满足业务场景需求的前提下，部分城市在光纤回传的基础上探索叠加5G网络回传方案。在相关地区，采用回传网络与智慧城市总体骨干网络复用的方式建设，提升了相关基础设施的利用效率。
2.2 路侧智能感知领域进展
以感知、计算、通信为核心的路侧融合感知系统，向硬件功能集成化、建设部署敏捷化的方向演进。一方面，路侧传感器不断向感知+计算功能一体化的形态升级。已具备摄像头、毫米波雷达、激光雷达等产品的企业，推出了具备结构化感知能力的传感器，如智能球机融合了传统摄像机与边缘侧感知识别算法、雷视融合系统实现了毫米波雷达与摄像头的集成与融合，这些传感器均已在道路感知、环境监控等领域推广部署。另一方面，路侧融合感知系统向软硬件解耦发展的趋势初现，路侧供应商、算法提供商、整体解决方案商等陆续自发地开展了相关探索工作，打造开放的、软硬件解耦的产品体系[9]。
当前路侧融合感知产业链处于快速发展阶段，但现有技术与产品成熟度有待提升。受到硬件性能瓶颈、标定调试、融合算法设计等多方面因素的影响，当前主流产品在真实工况下的系统性能、稳定性以及与场景需求的匹配度等方面仍有提升空间。同时，路侧融合感知系统上游供应链仍面临较高技术壁垒，存在融合感知算法的泛化能力不足等问题。在部分城市，路侧智能感知设施与安防、交通感知设备探索复用的实践路径，目前尚存在具体技术指标不一致、安装点位诉求不相同等技术问题，需要进一步实践打磨。
2.3 车联网服务平台领域进展
车联网多层级平台体系架构基本形成共识，核心业务逐步明晰。车联网多层级平台在部署层级上可分为“边缘”“区域”“中心”三个维度。其中，边缘平台构筑在边缘机房，提供小区级微观交通服务。区域移动边缘计算（MEC）平台部署在边缘MEC平台之上，可与一个或多个边缘MEC平台联动，提供大区级宏观交通服务，实现更上层、更全局的用户管理、数据汇聚和业务调度。中心平台构筑在区域MEC平台之上，作为业务应用顶层，提供广域级宏观交通服务。在服务属性上可按照“业务面”与“管理面”进行分解。其中，在业务面上，各层级平台联合承载车联网综合数据底座、车路协同事件与消息服务等业务类功能，支撑车路协同辅助/自动驾驶应用、公共交通出行、交通管理管制等服务。在管理面上，各层级平台协同负责路侧基础设施运维管理、车联网用户管理、平台安全管理等管理类功能，为产业可持续化运营提供基础支撑。平台的业务面与管理面联动配合，支撑实现车路协同场景。
车联网服务平台与智慧城市总体平台融合发展中呈现两方面特点。一是互联网企业、智能交通集成商等依托其在城市大脑、传统智能交通平台等方面的积累，快速开发出车联网与智慧城市、智慧交通融合的平台产品并不断迭代。此类平台的成熟度、可用性、展示度较强，通常可部署在区域平台或中心平台，提升城市交通的调度管理能力及整体通行效率。二是面向智能网联行驶安全、大数据流量等业务的边缘平台仍处于验证阶段。电信运营商积极联合汽车与交通行业企业在各地方积极对“车路边云”协同的网络架构、端到端时延、应用场景可靠性等关键技术指标进行研究与验证，推动实现边缘侧车联网业务与高实时智慧城市业务的融合。
3.1 应用场景发展现状
基于智慧城市与车联网的融合体系，车联网应用不断创新发展。一是信息服务类应用基本普及，且在网联技术赋能下实现创新发展。定位导航、车载娱乐等应用已较为成熟。同时，随着LTE-V2X技术推广，交通信号灯信息下发等应用逐步验证。此外，基于5G的车载软件OTA升级等应用也不断涌现。二是智能驾驶类应用加速渗透，并与网联系统逐步耦合。我国先进驾驶辅助系统（ADAS）新车前装率日益提升，2021年1—8月国内新车累计渗透率接近10%。同时，我国自动驾驶测试里程数也不断攀升，以北京市为例，自动驾驶车辆道路测试安全行驶总里程突破300万公里（截至2021年5月）。部分企业开展了融合LTE-V2X的智能驾驶应用验证。例如，奥迪在无锡先导区推动协作型自适应巡航控制、基于信号灯信息的车速控制等融合应用的验证与推广。三是智慧交通类应用不断深化，并且逐步衍生出新型场景。面向管理部门的交通治理、面向行业企业的运输效率优化等应用不断深化，并且在网联技术支撑下催生出新型场景。例如，长沙先导区开展了基于LTE-V2X的公交车辆优先通行应用，有效缩短了高峰期公交车运行周期；常熟示范区对公交车及其沿途道路基础设施进行智能化和网联化改造，创新设置车载交通诱导屏、车尾灯态情报板，实现弱势交通参与者（主要是行人和非机动车）闯入提示和车尾信息发布等多种功能，提高了公交运营安全和效率[10]。
3.2 场景功能视角
在城市复杂的路网、多元的交通对象、庞大的出行需求背景下，交通效率提升、交通安全保障、新型交通服务是车联网在城市场景应用中的主要价值目标。而针对交通运行数据的挖掘运用亦成为当下热门方向之一。面向政府部门，车联网应用目标主要包括优化城市交通效率、改善交通安全和提升交通管理精度等方面。面向城市交通服务企业，车联网主要服务于公交系统运行效率提升、运行安全性保障和交通运输资源灵活配置。面向个人用户，车联网聚焦于司机、乘客的出行体验和驾驶安全提升需求。智慧城市场景下的车联网应用功能视图如图2所示。
在智慧城市场景下，车联网可以为各方使用主体提供多种形态的服务模式，满足多种需求。对于交通主管部门，车联网系统通过信号灯配时优化、绿波通行等场景应用，有效提高城市交通效率；通过超速预警、闯红灯预警、盲区预警等场景应用，提升交通安全；通过事故识别、异常行为上报、特殊车辆优先通行等场景应用，提升交通管理精度。对于交通规划部门，车联网系统汇聚的道路运行数据、车辆轨迹数据等数据资源，能为城市交通规划决策提供大数据支撑，进而科学地开展道路改扩建、车道管理、新建道路规划。对于城市公交企业，车联网系统通过信号灯配时策略建议，实现公交优先，提升公交车的运行效率；通过共享感知、盲区预警等场景应用提升公交车运行安全性；通过平台优化，精准调度公交车辆，动态优化调整发车频率甚至运行路线，实现交通运输资源的灵活配置，打造精准公交、定制公交。对于个人用户，车联网系统通过信号灯信息下发、路径建议等场景应用，支撑绿波通行、自适应巡航控制等功能；通过感知信息共享、盲区预警等场景应用，支撑碰撞警告、自动紧急制动等功能；通过高精度定位、高精地图下发等场景应用，支撑自动驾驶等功能；通过近场支付等场景应用，支撑停车无感支付等功能。
3.3 场景运营价值链条
在商业模式方面，城市场景下的车联网生态包括供应端、运营端和用户端，价值链条顺次展开。其中，供应端方面，企业围绕城市车联网系统建设，提供路侧设施、云控平台、高精定位、高清地图、车载终端等设备和服务，获取商业回报。运营端方面，城市车联网基础设施运营主体为各类用户提供多形态服务，获取服务回报；停车场等关联主体通过平台引流获取停车收益。用户端方面，主机厂通过车联网功能获取车辆溢价；公交企业通过提升公交运行效率提升服务水平。智慧城市场景下的车联网价值链条如图3所示。
当前，国家政策积极鼓励车联网与智慧城市协同创新、融合发展，住房和城乡建设部、工业和信息化部联合确定北京、上海、广州、武汉等16个城市为智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点城市，促进智能网联汽车产业发展与智慧城市建设高度协同，探索汽车产业转型和城市建设转型的新路径[11]。在相关政策加持下，车联网与智慧城市的协同正处于基础设施建设与应用推广齐头并进的重要窗口期，应用体系逐渐成为带动产业技术体系、产品功能、服务模式发展的重要牵引。在此过程中，产业各方在前期基本已经验证了技术与标准的可行性基础之上，逐步推动车联网与汽车、交通等行业，以及与智慧城市整体建设的深度融合，验证各种实际场景下车联网功能的可用性、易用性，证明车联网整体系统对于城市治理、民生服务的实用价值。进一步地，各方从商业视角出发，逐步探寻其中的规模化商用路径，尤其是在平台、数据、公共服务等维度重点挖掘，努力推动车联网逐步走向商业闭环，更好地赋能智慧城市发展，服务市民智慧出行。
5 结束语
本文分析了车联网与智慧城市融合的体系架构，重点探索了车联网与智慧城市的产业和技术融合发展的最新情况，分别从功能视角和价值链条的视角提炼了智慧城市场景下车联网的场景和运营模式，分析了在政策引导下车联网与智慧城市的融合发展趋势。关于车联网赋能智慧城市融合创新发展，需要进一步调研分析各城市开展相关试点示范的具体情况，结合建设与运营的实际情况，给出未来发展建议。
